伴随着海上油田勘探开发，海洋石油工业得到迅猛发展，海上作业平台正向大型化、集约化方向发展，海洋平台上部组块结构物的整体重量也随之增加。高速发展的海上油气田开发，对海上超大型平台的安装技术及作业能力提出了更高要求，传统海上平台安装方式面临着前所未有的挑战，制约了中国海洋资源勘探开采事业的快速发展。

传统海上结构物的安装主要有自安装和吊装两种方式。

自安装是指平台不需要借用外部资源设备，在预定海域依靠自身设备能力安装到位，如中国海洋石油总公司（以下简称中海油）渤中3-2自升式生产储油平台，靠自身的桩腿及升降装置实施升船，达到作业要求。该方法不需要借用浮吊等稀缺资源，节省了平台的安装费用。但是，该方法受水深和油田产能的限制较大，适合用于浅水小型油田。因此，自安装平台在较深海域大规模推广应用较为困难。

吊装又分为分块吊装和整体吊装两种方式。

分块吊装，将平台上部结构分成若干组块，分别吊装到下部基础上焊接固定。重量近万吨的大型平台组块通常需要分成五六个子块，陆地单独建造，海上分别吊装拼接。这种安装由于各分块间界面繁多、接口复杂，给组块设计、建造、连接、调试带来极大不便，并且安装作业时间长，通常万吨级组块分块吊装安装的海上作业时间长达一个半月，海上调试时间超过三个月，安装投资巨大且影响生产进度。

整体吊装需动用大型的起重船，将上部组块整体吊起放到平台下部结构上，实施焊接安装。受到浮吊起吊能力、结构强度和结构物尺寸、巨型起重船数量（很少）、使用费用等因素的限制，用该方法安装大型平台组块难度和成本较高，且不能用于超大型模块整体吊装。目前，世界最大起重船的静态起重能力为14 200吨，且万吨级以上的只有两艘，属于国外公司所有，均在国外作业。

要加快海洋石油发展，就必须改变传统的油田开发方式，寻找更经济、更快速的开发方案。因此，浮托法安装技术应运而生，浮托法是万吨级组块整体安装的最佳解决方案。

浮托法

浮托法（浮托安装法）是利用驳船载运海上作业平台上部组块，在安装过程中依靠潮位、驳船调载与升降机构等方式实施上部组块的升降，同时辅以专用连接部件，完成上部组块与下部导管架平台对接作业的安装技术。

图1.1  平台组块装船示意图

图1.2  平台组块浮托安装示意图

在海上平台组块浮托安装过程中，组块采用拖拉装船方式装上驳船（图1.1），通过驳船载运其到达平台所在海域，进入事先特殊设计并提前安装就位的导管架槽口（图1.2），保证平台组块的立柱在相应导管架桩腿的正上方，并切割掉平台组块与驳船之间的连接，随着潮位降低或/和驳船压载导致的吃水增加，实现平台组块与导管架之间的对接，从而达到海上平台组块安全安装的目的。根据其作业过程，其对接原理可总结为获得净空、定位导引、主动寻址、对接合拢、载荷转移、安全分离。该项技术可实现万吨级大型组块、超大型组块的整体安装。

与采用其他安装方式相比，浮托法具备“四整一零”的技术优势：

①整体设计——实现平台组块的集成优化设计，减小界面误差；

②整体建造——简化建造工序，大幅缩短建造周期，实现了海陆调试转换；

③整体运输——显著提高拖航安全和经济性；

④整体安装——极大缩短海上作业时间，降低施工风险；

⑤零调试——海上“零调试”，实现海上平台快速投产见效。

图1.3  单船浮托安装法

图1.4  双船浮托安装法

根据组块安装时驳船的数量，浮托法可以分为单船浮托安装法（图1.3）和双船浮托安装法（图1.4）两类。

单船浮托安装法是指采用一条驳船实现海上平台组块与导管架之间的安装连接，平台组块通过调载或/和潮位降低由单船体转移到导管架上。采用单船浮托安装法安装的组块，需要根据安装所采用驳船的尺度来对下部支撑结构进行特殊设计，以方便驳船进入下部支撑结构；

而双船浮托安装法由两条驳船从平台两侧进入平台，对平台下部支撑结构的设计要求较低。到目前为止，大多数组块采用单船浮托安装法进行安装。与单船浮托安装法相比，双船浮托安装法对环境条件和现场操作人员水平要求极为严格，存在较大的技术风险，较少被工业界采用，截至目前世界上仅有两例工程实例，且均在环境条件极好的海域完成。

浮托法安装过程

海上平台上部组块的浮托安装方法自20世纪80年代起成为一个有效的安装方法，经过工业界多年的实践与探索，不仅安装结构的重量不断增加，这种安装方法也不断挑战更加恶劣的施工海况。浮托法解决了组块建造受起重能力限制无法做大的矛盾，提高了平台建造效率，与吊装相比更加稳妥，提高了施工质量，减少海上作业时间，降低海上作业风险。

典型的浮托法安装过程包括上部组块的装船、海上运输、施工待命、安装船进导管架槽口、对接前船位调整、上部组块和导管架对接、对接后船位调整、安装船退出。下面以导管架上部组块浮托法安装为例，简单介绍上述各环节的实施和注意事项。

上部组块装船是浮托法安装过程的起点，装船一般需要借助滑轨进行（图 1.1），对装船设计起决定性影响的因素有上部组块重量、尺寸及重心位置、潮差以及码头高度和水深等。

装船完成后，上部组块与安装船甲板之间必须进行必要绑扎才可以开始海上运输。对拖航而言，稳性是关键问题。船体越宽、型深越大，初稳性和稳性范围就越好。但是，初稳性增加会导致横摇周期减小，在风浪中上部组块的重心加速度就会相应增大，这样一般会增大绑扎设计的困难。另外，安装船宽度会直接影响导管架槽口的宽度要求，较大的船宽对于导管架设计是不利因素。因此，在满足拖航稳性的前提下，船体型宽应该尽可能小。

在海上拖航完成后，进船操作开始前，安装船需要做一系列准备工作，如绑扎结构的切割和清除、系泊及定位监测系统的启动、负荷转移系统的启动、安装船压载调整等。在待命状态，安装船必须由系泊系统定位（动力定位安装船除外）。待命系泊系统的设计取决于油田布局、海况等因素。

图1.5 海上整体浮托安装过程示意图

当准备工作完成以后，如果正值预定的安装窗口期，进船操作就可以开始进行。大型海上平台上部组块海上整体浮托安装过程如图 1.5 所示。安装船将从待命位置进入导管架安装槽。

进船过程必须注意以下几点：

（1）进船端必须与导管架槽口对齐；

（2）护舷与导管架之间的碰撞力必须小于导管架以及护舷本身的承受极限；

（3）进船过程上部组块的安装腿与导管架腿之间不得有碰撞发生；

（4）安装船的纵、横向运动以及偏航角必须控制在一定范围内。

当进船操作完成后，上部组块的安装腿需要与导管架腿对齐。一般情况下，对齐的允许误差取决于插尖和承接喇叭口的尺寸。对齐后，逐渐减少安装腿与导管架腿的间距，直到插尖进入承接喇叭口（图 1.2）。安装腿和导管架腿的间距减小可以通过增加安装船的压载水实现。

在该阶段，以下几点需要特别注意：

（1）有效限制安装船的横向和纵向运动；

（2）导管架侧向冲击载荷不得超过导管架和护舷的极限载荷；

（3）导管架腿上的垂向冲击载荷不得超过导管架和对接结构的设计极限载荷。

当安装腿和导管架腿的间距减小到零，就是对接过程的开始。在这个阶段，上部组块的重量将会从100%由安装船支撑，转移到100%由导管架支撑。上部组块重量的转移可以通过多种方法来实现，最常见的是运用安装船压载调整和主动式液压支撑系统。

当负荷转移完成以后，上部组块和支撑件间的冲击载荷仍然存在。只要这些冲击载荷有可能发生，出船操作就无法进行。因此，上部组块和支撑件的间距需要进一步增大。

在该阶段，以下几点需要特别注意：

（1）有效限制安装船的横向和纵向运动以确保支撑件和上部组块之间较小的相对运动；

（2）导管架侧向冲击载荷不得超过导管架和护舷的极限载荷；

（3）支撑件上的垂向冲击载荷不得超过支撑件和上部组块支撑点的设计极限载荷。

当支撑件和上部组块的间距增加到允许值以后，安装船便可以从导管架槽中退出。在这一阶段中仍需要满足以下操作要求：

（1）导管架腿上的侧向冲击载荷不得超过导管架和护舷的设计极限载荷；

（2）支撑件和上部组块之间不允许有垂向冲击载荷；

（3）控制安装船横向运动以及方位角；

（4）安装船底部和导管架安装槽底部横管必须保持一定间距；

（5）安装船必须有足够的干舷。

浮托法安装关键装置

从前述的浮托法的基本步骤可以看出，如何实现安装船顺利进入导管架并安全地实现载荷转移是浮托法海上安装作业的关键。由于外界环境对浮托法海上安装作业影响较大，浮托安装过程中，需要一些特定的设备与装置来完成海上安装。

1、安装船

组块装船后，浮托安装船（floatover vessel）把上部组块运输到指定海域，并通过调节压载系统，将上部组块安装到固定式结构或浮式结构上。影响海上运输船舶选择的因素很多，综合考虑船舶的吃水限制、宽度限制、载重量限制、平台运输中的驳船稳性及上部大型组块的重量、重心位置等因素，如何选择安全、经济的安装船是浮托法顺利实施的关键。

2、甲板支撑装置

甲板支撑装置（deck support unit，DSU）也称为组块支撑装置，位于组块和滑靴中间，主要有两个作用：在组块陆地预制和装船运输过程中起支撑组块重量的作用；在浮托安装过程中缓冲驳船与组块分离时的冲击作用。DSU应根据实际安装工况来进行设计。

3、桩腿对接耦合装置

桩腿对接耦合装置（leg mating unit，LMU）也称为桩腿对接装置，是一种组块立柱和导管架钢桩的对接装置，其底部与导管架腿相连，上部与组块立柱相连，是浮托安装承上启下的关键部件。LMU是浮托安装中非常关键的缓冲装置，当浮托安装完成后，LMU成为导管架腿的一部分，起到支撑组块重量的作用。LMU在浮托安装中起着非常重要的作用，主要表现在以下几方面：

（1）在组块重量由DSU向LMU转移的过程中起到缓冲作用，这是通过LMU套筒内部装置来完成的；

（2）组块立柱与LMU的自动对中是通过LMU的盘形接收器实现的。

4、护舷系统

浮托法的护舷系统（fenders）由横荡护舷子系统和纵荡护舷子系统组成。横荡护舷系统主要用来限制安装船在进退船的过程中与导管架之间的横向运动，防止安装作业过程中安装船对导管架桩腿内侧过大的碰撞，以免造成桩腿的损坏和变形。纵荡护舷在安装过程中主要起两方面的作用：一是在安装驳船进入导管架槽口时起限位止船作用；二是在安装过程中防止因过大的纵荡对LMU的碰撞而造成损坏。

5、快速压载系统

浮托法利用安装船的吃水差或潮差来进行上部组块的码头装船和现场安装。在潮差较小或不可利用潮差的海域进行装船或安装时，要用到快速压载系统（rapid ballast system）。通过快速调节驳船的压载系统，利用外接水泵或海水阀箱向驳船压载舱内排/注水，使驳船升沉，从而实现上部组块重量由码头安全转移到运输驳船上或由运输驳船安全转移到基础结构（导管架）上。

6、停泊/定位及监测系统

在浅水处安装作业时，需要用到驳船甲板上的系泊系统（系泊绞车等）和辅助拖船等。这些辅助系统在驳船慢速靠近、最初进入、停泊和撤离等安装过程中，起着非常重要的作用。在深水处进行浮托安装时，只用到拖船系统和软线定位绞车（soft line positioning winching system）。软线定位绞车主要的功能是限制纵荡和横荡的偏移量。如果在浮托安装中用到动力定位驳船，定位绞车就可以不用。另外，驳船上须安装定位监测系统，用于监测浮托安装、撤离过程中驳船和下层基础的相对运动。

本文摘编自金晓剑主编，李新仲、李 达副主编《大型海上平台浮托法技术研究与实践》第1章，内容有删减。

（本期编辑：安 静）

大型海上平台浮托法技术研究与实践

金晓剑主 编

李新仲   李  达 副主编

责 编：张  震   杨慎欣

北京：科学出版社  2017.01

ISBN 978-7-03-051465-3

浮托法是伴随着海洋平台尺度逐步加大，组块重量逐步增加而开发的万吨级组块整体安装解决方案，采用上部组块整体设计、整体建造、整体驳船运输，最终完成平台上部组块与下部导管架平台的整体对接安装。《大型海上平台浮托法技术研究与实践》在总结超大型海上平台浮托法安装技术研究和实践经验的基础上，从浮托法相关技术基础理论着手，系统地介绍超大型海上平台浮托法总体设计技术和超大型海上平台组块整体建造安装技术，为浮托法相关技术的应用和发展提供技术支持和理论基础。

一起阅读科学!

科学出版社│微信ID：sciencepress-cspm

专业品质  学术价值

原创好读  科学品味

点击文中书名、作者、封面可购买本书。